一种检测超埋深管道的外壁防腐层的破损点的装置和方法与流程

本发明属于地下管道探测技术领域，具体涉及一种用于检测超埋深管道的外壁防腐层的破损点的装置和方法。

背景技术：

随着我国石油化工业的迅速发展及城市公用设施建设速度的提高，地下金属管道建设也在飞速的发展。但同时，地下金属管道也经常受到各种有害物质的腐蚀，管线的腐蚀给人类和社会环境带来巨大的经济损失和社会安全带来的问题日益突出。因此，用来输送各用介质的钢管均需要进行保护，避免土壤内各种腐蚀因素、化合物离子、细菌、有利于电路通过管道的各种条件或者杂散电流等的腐蚀。在实际应用中，钢质管道外加防腐层保护是最常用的方法。保护管道外壁免遭土壤介质的电化学腐蚀，细菌腐蚀的目的。埋地管道防腐层由于诸多因素引起劣化，出现老化、发脆、剥离、脱落、最终导致金属管道腐蚀穿孔，引起泄漏。防腐层劣化也同样影响阴极保护效能，因为防腐层劣化后，金属管道与大地不绝缘，保护电流散失，保护距离就会缩短，致使得不到保护的管线受腐蚀。因此，对地下管道防腐层状况定期评估，并有计划的进行检漏和补漏是预防和避免因防腐层劣化而引发管线腐蚀的重要手段，近年来，在常规埋深管道防腐层检测领域，国内外使用较多的方法就是人体电容法、ACVG、DCVG等方法，取得了较好的效果。但是随着非开挖定向钻技术的飞速发展，目前采用定向钻施工的地下管线越来越多，而且埋深也越来越深，穿越河流、高速公路的管线现在有的埋深已经达到甚至超过30米，这么深的管道外防腐层检测以上方法检测效果均不理想。

在超埋深管道防腐层检测领域，现有的防腐层破损点检测均采用检测两探极间的电位差法，也就是通过信号强度的大小来识别防腐层破损点。如果增加两探极间距离，电位差值会增加，但是容易受到地表环境因素影响，增加两探极距离后电位差增加了，但是如果两个检测点地表土壤干湿度差异、土壤中介质差异等环境条件的存在，信号大不一定就有防腐层破损点，也可能是环境条件引起的，容易造成防腐层破损点误判。

因此，需要一种检测地下管道的外壁防腐层破损点的更精确方便的方法和装置。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种检测超埋深管道的外壁防腐层的破损点的装置。

本发明的另一个目的是提供一种检测超埋深管道的外壁防腐层的破损点的方法。

在一个方面，本发明提供的检测超埋深管道的外壁防腐层的破损点的装置包括发射器，其电连接至所述地下管道；两根探极，每一根探极具有长形的、中空的主体，所述主体的一端具有探针且另一端具有握柄，所述握柄上设置有连接器，所述探针通过设置在所述主体内的导线与所述连接器电连接；检测仪，包括电源单元、输入保护单元、增益调节单元、放大处理单元、降噪滤波单元、单片机处理单元以及显示单元；其中所述输入保护单元的输入端与所述探极的所述连接器电连接，所述输入保护单元的输出端、所述增益调节单元、所述放大处理单元、所述降噪滤波单元、所述单片机处理单元、所述显示单元依次电连接。

在本发明中，术语“超埋深管道”通常指埋藏在地面下10-40米左右的管道且管道外壁被涂覆一层防腐层。

在本发明中，发射器用于向待测管道同时施加一组高频率和两组呈倍频关系的低频率的混合频率交流信号，可以采用本领域常用的多种发射器。

在本发明中，高频率通常指不小于128Hz的频率，如128Hz、512Hz、1024Hz等，施加的一组高频率通常用于确定静态信号来确定合适的检测区间等。

在本发明中，施加的两组呈倍频关系的低频率用于基于相位比较电路来确定电流方向。在本发明中，通常高频率是低频率的10-300倍。在本发明中，示例性的两组呈倍频关系的低频率可以是4Hz+8Hz、3Hz+6Hz、5Hz+10Hz等。

施加的高频率和低频率的大小可以根据现场条件进行选择。

可选择地，施加的频率信号可以是正弦波、方波、锯齿波等波形信号。

施加的频率大小与检测结果关系不大，只是不同的现场地理环境，信号施加的难易程度不同，信号传输距离也不同。

在本发明中，检测仪用于检测两根探针之间的电位差值，由dB值来表示。

静态信号通常指电位差值小于50mV。

可选地，探针是针状的。

可选地，探针是金属探针。

可选地，主体的所述另一端具有螺纹，从而与所述握柄螺纹连接。可选地，主体与探针集成为一体。

可选地，电源单元为本发明的装置中的其他各单元提供电力；输入保护单元用于对所采集到的电流信号进行限压保护；所述增益调节单元用于对限压保护后的电流信号进行增益调节；所述放大处理单元用于对增益调节后的电流信号进行放大处理；所述降噪滤波单元用于对放大后的信号进行降噪及滤波处理。

可选地，单片机处理单元基于相位比较电路。

可选地，显示单元包括电流方向指示显示单元和信号大小显示单元。可选地，两个单元为液晶显示器或发光二极管。

可选地，显示单位为单个单元，同时能够显示电流方向和信号大小。

在另一方面，本发明提供的使用上述装置检测超埋深管道的外壁防腐层的破损点的方法包括下述步骤：

步骤a：向所述管道同时施加三组信号，一组为高频信号，另两组为呈倍频关系的低频信号；

步骤b：将两根探极连接到所述检测仪并插入到所述管道的上方的土壤中，测量沿着所述管道的纵向方向的两根探极之间的电位差值；

步骤c：基于施加的高频信号调节两根探极之间的距离来确定静态信号，设定达到静态信号时的两根探极之间的距离为检测区间；

步骤d：将两组呈倍频关系的低频信号经放大、滤波后，将其中更低频率的信号进行倍频放大得到两个频率相同的信号，输入到相位比较电路中识别各自信号的相位并进行比较，如果两个信号相位相同，则表明电流方向向前；如果两个信号的相位相差180°，则表明电流方向向后；

步骤e：基于检测到的所述电流方向和所述电位差值，以所述检测区间为步距沿着所述管道的纵向方向移动所述两根探针，直至检测到所述破损点。

可选地，在所述步骤d中，当所述电流方向向前时表明所述破损点在所述检测区间的前方；当所述电流方向向后时表明所述破损点在所述检测区间的后方。

可选地，在所述步骤e中，当所述检测区间内不存在所述破损点时，所述电位差值基本上保持在所述静态信号；当所述电位差值增大时表明所述检测区间在接近所述破损点；当所述电位差值增大后又减小到接近零时，则所述检测区间的中间位置是所述破损点。

本发明的装置的工作和使用原理简述如下：

单片机处理单元基于相位比较电路，即发射器施加两组呈倍频关系(例如4Hz和8Hz；3Hz和6Hz)的频率信号；两组信号经放大、滤波后，将其中更低频率的信号(如4Hz)进行倍频放大得到两个频率相同(如均为8Hz)的信号，输入到相位比较电路识别各自信号的相位并进行比较，如果两个信号相位相同，则显示器向前指示；如果两个信号的相位相差180°，则显示器向后指示。

使用时，发射器施加一组高频率和两组低频率的混合频率的交流信号，两根探极插入到土壤中采集信号，信号经过输入保护单元进行限压保护后，经增益调节、放大后，进行降噪及滤波处理，通过单片机处理单元处理后，信号的电平强度和电流方向，即电位差值和防腐层破损点的方向在显示器中以箭头和dB值显示出来。

“前向”箭头这表明防腐层破损点在检测区间的前方；“后向”箭头表明防腐层破损点在检测区间的后方，由此可以确定防腐层破损点的方向。

电平强度反映了检测区间距离防腐层破损点的远近程度，检测区间距离防腐层破损点越近，电平强度越高，反之，检测区间距离防腐层破损点越远，电平强度越低。在防腐层破损点两侧，电流方向正好相反，因此可以实现防腐层破损点的精确定位。

与现有技术比较，本发明的基于两个探极之间的电流方向来识别防腐层破损点的优点在于：

1、所使用的装置和操作方法简单、抗干扰能力强、灵敏度和精度高，几乎不受地表环境和土壤的干湿度的影响。

2、快速、精确地确定防腐层破损点的位置。

3、所使用的测量方法及装置，除有效适用于超埋深管道防腐层破损点的检测，也适用于常规埋深管道，适用范围更广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明的测试示意图；

图2是本发明装置的探极结构示意图；

图3是本发明检测仪的电原理方框图。

图1-3中，1为目标管道、2为防腐层破损点、3为探极、4为连接电缆、5为检测仪；3-1为探针、3-2为主体、3-3为导线、3-4为握柄、3-5为连接器；5-1为电源单元、5-2输入保护单元、5-3增益调节单元、5-4放大处理单元、5-5降噪滤波单元、5-6单片机处理单元，5-7电流方向指示显示单元，5-8为信号大小显示单元。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面参考附图1-3来示例性地描述使用本发明的装置检测管道外壁腐蚀破损点的方法。

先利用埋地管道的测试桩上从管道管体引出的电缆线端子，连接发射器，给目标管道同时施加一组高频率(如512Hz)和两组低频率(如4Hz+8Hz)两组交流电信号。

两根探极单独使用，沿管道方向间隔一定距离插入到管道上方的土壤中并连接到检测仪。利用施加的高频率信号，调节两根探极的间距确认静态信号大小。当静态信号稳定后，以此时两根探极间的距离为步距沿管道纵向检测。

施加的低频率(4Hz+8Hz)的正弦波信号经放大、滤波后，将更低频率的信号(如4Hz)进行倍频放大得到两个频率相同(如均为8Hz)的信号，输入到相位比较电路识别各自信号的相位并进行比较，如果两个正弦波信号相位相同，则显示单元中显示管道中的电流为向前，由箭头表示；如果两个正弦波信号的相位相差180°，则显示单元中显示管道中的电流为向后，由箭头表示。检测仪的显示单元中还显示两根探极间的电位差值，单位为dB。

当箭头沿管道纵向指向前方时，说明防腐层破损点在检测区间的前方，当箭头沿管道纵向指向后方时，说明防腐层破损点在检测区间的后方。

在管道防腐层没有破损点的位置，两探极间的电位差值，基本上保持静态信号大小不变，当检测到的两探极间的电位差值增大时，说明检测区间与防腐层破损点的距离在减小，即检测区间正在接近防腐层破损点。

当检测到的两极间的电位差值增大后又减小到接近零时，说明检测区间与防腐层破损点重合，即检测区间的中间点就是防腐层破损点的位置。

从电位差值最小点继续向前检测，电位差值变大检测一段距离后又回落到接近静态信号。直到再次检测到防腐层破损点时，两根探极间的电位差值又增大。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。